一种制备超大孔微球的方法与流程

本发明涉及一种制备超大孔微球的方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术：

超大孔微球是一种具有微米级三维网状孔隙结构的聚合物微球。因其具有高通量、低传质阻力的特点而广泛应用于分离纯化、催化剂载体、酶与细胞的固定化等众多领域。

目前，制备超大孔微球的致孔方法主要包括固体颗粒致孔法，表面活性剂反胶团溶胀法以及冰晶致孔法。（1）固体颗粒致孔法是指在聚合物微球的制备过程中加入无机固体颗粒，聚合结束后，再除去固体颗粒，从而在聚合物微球中形成多孔结构。因此聚合物微球的孔径大小可以通过改变无机固体颗粒的大小来调节。然而，由于固体颗粒不易被包覆，这导致所得微球的孔径分布不易控制，重现性较差(Y Shi, Y Sun, Chromatographia, 2003, 57, 29-35；CN1695795)。（2）表面活性剂反胶团溶胀法是将大量的油溶性表面活性剂加入油相中，从而在油相中形成大量的反向胶团，当油相通过稳定剂的作用稳定分散到水相后，表面活性剂所形成的反向胶团会自发的吸水溶胀，在油相中形成双连续相结构，在聚合过程中，水相与聚合物逐渐发生相分离，水相占据一定的空间，聚合完成后，将水相除去形成孔结构。水和聚合物相分离程度的不同将会形成不同尺寸的贯穿孔，所得的聚合物微球孔径最大可达500 nm，但其制备过程较为繁琐，而且反应结束后，表面活性剂不易去除干净，可能对微球在生物方面的应用产生不利的影响（WQ Zhou, TY Gu, ZG Su, GH Ma, European Polymer Journal, 2007, 43, 4493-4502；CN1903890）。此外，CN104558350A公开了一种采用自制的双亲性两嵌段大分子单体作为表面活性剂，苯乙烯为单体，二乙烯苯为交联剂，通过悬浮聚合制备超大孔聚合物微球的方法，所得微球粒径为15~300 μm，孔径为200~3000 nm。但是此方法需要预制特定的表面活性剂单体，制备过程复杂，耗时长，后处理复杂。（3）冰晶致孔法是以冰晶作为致孔剂，在零度以下采用冷冻聚合的方式引发水溶性单体和交联剂聚合后，再经升温，洗涤，干燥而得到超大孔亲水性微球（XY Zhan, DP Lu, DQ Lin, SJ Yao, Journal of Applied Polymer Science, 2013, 130, 3082-3089）。CN102382219A提供了一种以冰晶致孔制备超大孔微球的方法，以丙烯酰胺为单体，所得微球平均粒径800~1300 μm，孔径1～80 μm。CN102775712A公开了另一个以冰晶致孔制备超大孔微球的方法，该方法采用反相悬浮聚合，以丙烯酰胺为单体，以正己烷为连续相，在-30~-10 ℃条件下通过自由基聚合得到超大孔微球，所得的微球孔径在3~90 μm。然而，由于采用冰晶作为致孔剂，所用的单体和交联剂必须是亲水性的，因而可用的单体和交联剂种类较少，且所得微球机械强度低，不利于加压条件下的快速分离分析。

技术实现要素：

针对上述的局限性，本发明提出利用十二醇熔点较高（16.6 ℃），且能溶解大多数非极性单体而难溶于水的特点，以十二醇晶体为致孔剂，采用冷冻悬浮聚合在静置条件下制备超大孔微球的方法。

本发明的技术方案是:

一种超大孔微球的制备方法，采用冷冻悬浮聚合的方法制备超大孔微球，步骤如下：

将单体、交联剂和引发剂，加入到溶剂中，混匀，转至含有稳定剂的水中，通入氮气除氧后，密封，震荡使其分散均匀；在4 ℃下静置反应48小时，相继用乙醇和水洗涤、离心沉淀、干燥后得到超大孔微球；

所述单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或乙二醇二甲基丙烯酸酯；

所述单体与交联剂的摩尔比为60:40~90:10；

所述引发剂与共聚单体的质量比为0.01~0.08:1.00；

所述的溶剂为十二醇，占油相的体积比为0.6~0.9；

所述的引发剂为过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺组成的氧化还原引发体系，其摩尔比为1:1。

根据本发明优选的，所述的交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯时，交联剂的摩尔比为0.2。

根据本发明优选的，所述的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯时，交联剂的摩尔比为0.4。

根据本发明优选的，所述的溶剂体积比为0.7。

根据本发明优选的，所述的引发剂质量比为0.05。

本发明制得的超大孔微球，粒度是微米级，主要集中在10~100 μm之间，孔径在数百纳米~几十微米之间可控。

根据本发明最优选的，一种超大孔微球的制备方法，步骤如下：

1.01 ml甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与0.61 ml三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯交联剂加入到3.78 ml十二醇中，混匀后，加入86.5 mg过氧化苯甲酰，通入氮气5 min除去氧气后，加入45 µl N,N-二甲基苯胺，混匀；在稳定剂存在下转移至30 ml水中，分散均匀；然后置于4 ℃下静置反应48 h；停止反应，用一定量的乙醇和水进行洗涤、离心沉淀、干燥后得到超大孔微球。

本发明结合悬浮聚合和冷冻聚合的优点，将悬浮聚合置于一个冷冻体系中进行。在低温的密闭体系下，以有机溶剂晶体为致孔剂，静置可以制得超大孔微球。

本发明的制备方法简单可靠，采用溶剂晶体致孔，无需搅拌，静置反应，超大孔微球的粒径在10~100 μm之间，孔径在数百纳米~几十微米之间可控。

附图说明

图1、图2：超大孔微球（实施例1）扫描电镜图

图3、图4：超大孔微球（实施例2）扫描电镜图

图5、图6：超大孔微球（实施例3）扫描电镜图

图7、图8：超大孔微球（实施例4）扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

1.35 ml甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与0.81 ml三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯交联剂加入到3.24 ml十二醇中，混匀，加入23.1 mg过氧化苯甲酰，通入氮气5 min，除去氧气后，加入12 µl N,N-二甲基苯胺，混匀；在稳定剂存在下转移至30 ml的水中，分散均匀；然后置于4 ℃下静置反应48小时；停止反应，用一定量的乙醇和水进行洗涤、离心沉淀、干燥后得到超大孔微球(图1、图2；其中图1放大倍数为1,000，图2放大倍数为10,000)。

实施例2

0.83 ml甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与0.79 ml乙二醇二甲基丙烯酸酯交联剂加入到3.78 ml十二醇中，混匀，加入17.2 mg过氧化苯甲酰，通入氮气5 min，除去氧气后，加入8.9 µl N,N-二甲基苯胺，混匀；在稳定剂存在下转移至30 ml的水中，分散均匀；然后置于4 ℃下静置反应48小时；停止反应，用一定量的乙醇和水进行洗涤、离心沉淀、干燥后得到超大孔微球(图3、图4；其中图3的放大倍数为1,000，图4的放大倍数为5,000)。

实施例3

1.01 ml甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与0.61 ml三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯交联剂加入到3.78 ml十二醇中，混匀，加入86.5 mg过氧化苯甲酰，通入氮气5 min，除去氧气后，加入45 µl N,N-二甲基苯胺，混匀；在稳定剂存在下转移至30 ml的水中，分散均匀；然后置于4 ℃下静置反应48小时；停止反应，用一定量的乙醇和水进行洗涤、离心沉淀、干燥后得到超大孔微球(图5、图6；其中图5的放大倍数为800，图6的放大倍数为30,000)。

实施例4

0.83 ml甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与0.79 ml乙二醇二甲基丙烯酸酯交联剂加入到3.78 ml十二醇中，混匀，加入86.5 mg过氧化苯甲酰，通入氮气5 min，除去氧气后，加入45 µl N,N-二甲基苯胺，混匀；在稳定剂存在下转移至30 ml的水中，分散均匀；然后置于4 ℃下静置反应48小时；停止反应，用一定量的乙醇和水进行洗涤、离心沉淀、干燥后得到超大孔微球(图7、图8；其中图7的放大倍数为1,000，图8的放大倍数为30,000)。